JP6869622B2 - Extruder for fiber reinforced thermoplastic resin - Google Patents
Extruder for fiber reinforced thermoplastic resin Download PDFInfo
- Publication number
- JP6869622B2 JP6869622B2 JP2017184641A JP2017184641A JP6869622B2 JP 6869622 B2 JP6869622 B2 JP 6869622B2 JP 2017184641 A JP2017184641 A JP 2017184641A JP 2017184641 A JP2017184641 A JP 2017184641A JP 6869622 B2 JP6869622 B2 JP 6869622B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- fiber
- thermoplastic resin
- cylinder
- extruder
- reinforcing
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- 229920005992 thermoplastic resin Polymers 0.000 title claims description 67
- 239000000835 fiber Substances 0.000 title claims description 27
- 239000012783 reinforcing fiber Substances 0.000 claims description 146
- 229920005989 resin Polymers 0.000 claims description 31
- 239000011347 resin Substances 0.000 claims description 31
- 238000005520 cutting process Methods 0.000 claims description 12
- 238000011144 upstream manufacturing Methods 0.000 claims description 12
- 235000003642 hunger Nutrition 0.000 claims description 7
- 230000037351 starvation Effects 0.000 claims description 7
- 238000000465 moulding Methods 0.000 description 23
- 229920000049 Carbon (fiber) Polymers 0.000 description 17
- 239000004917 carbon fiber Substances 0.000 description 17
- 238000004898 kneading Methods 0.000 description 13
- 238000000034 method Methods 0.000 description 8
- VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N methane Chemical compound C VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 239000003365 glass fiber Substances 0.000 description 5
- 238000010008 shearing Methods 0.000 description 5
- 238000000748 compression moulding Methods 0.000 description 4
- 239000008188 pellet Substances 0.000 description 4
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 3
- 238000002347 injection Methods 0.000 description 3
- 239000007924 injection Substances 0.000 description 3
- 238000002844 melting Methods 0.000 description 3
- 230000008018 melting Effects 0.000 description 3
- 238000003892 spreading Methods 0.000 description 3
- 229920002292 Nylon 6 Polymers 0.000 description 2
- 230000006835 compression Effects 0.000 description 2
- 238000007906 compression Methods 0.000 description 2
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 2
- 238000001746 injection moulding Methods 0.000 description 2
- 239000000463 material Substances 0.000 description 2
- 239000000155 melt Substances 0.000 description 2
- 238000007711 solidification Methods 0.000 description 2
- 230000008023 solidification Effects 0.000 description 2
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 description 1
- 238000007796 conventional method Methods 0.000 description 1
- 239000006185 dispersion Substances 0.000 description 1
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 1
- 230000010006 flight Effects 0.000 description 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 1
- 230000002093 peripheral effect Effects 0.000 description 1
- 239000000088 plastic resin Substances 0.000 description 1
- 230000002787 reinforcement Effects 0.000 description 1
- 238000005728 strengthening Methods 0.000 description 1
- 229920001169 thermoplastic Polymers 0.000 description 1
- 239000004416 thermosoftening plastic Substances 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
- B29B—PREPARATION OR PRETREATMENT OF THE MATERIAL TO BE SHAPED; MAKING GRANULES OR PREFORMS; RECOVERY OF PLASTICS OR OTHER CONSTITUENTS OF WASTE MATERIAL CONTAINING PLASTICS
- B29B7/00—Mixing; Kneading
- B29B7/80—Component parts, details or accessories; Auxiliary operations
- B29B7/88—Adding charges, i.e. additives
- B29B7/90—Fillers or reinforcements, e.g. fibres
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
- B29B—PREPARATION OR PRETREATMENT OF THE MATERIAL TO BE SHAPED; MAKING GRANULES OR PREFORMS; RECOVERY OF PLASTICS OR OTHER CONSTITUENTS OF WASTE MATERIAL CONTAINING PLASTICS
- B29B7/00—Mixing; Kneading
- B29B7/30—Mixing; Kneading continuous, with mechanical mixing or kneading devices
- B29B7/34—Mixing; Kneading continuous, with mechanical mixing or kneading devices with movable mixing or kneading devices
- B29B7/38—Mixing; Kneading continuous, with mechanical mixing or kneading devices with movable mixing or kneading devices rotary
- B29B7/40—Mixing; Kneading continuous, with mechanical mixing or kneading devices with movable mixing or kneading devices rotary with single shaft
- B29B7/42—Mixing; Kneading continuous, with mechanical mixing or kneading devices with movable mixing or kneading devices rotary with single shaft with screw or helix
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
- B29B—PREPARATION OR PRETREATMENT OF THE MATERIAL TO BE SHAPED; MAKING GRANULES OR PREFORMS; RECOVERY OF PLASTICS OR OTHER CONSTITUENTS OF WASTE MATERIAL CONTAINING PLASTICS
- B29B7/00—Mixing; Kneading
- B29B7/30—Mixing; Kneading continuous, with mechanical mixing or kneading devices
- B29B7/34—Mixing; Kneading continuous, with mechanical mixing or kneading devices with movable mixing or kneading devices
- B29B7/38—Mixing; Kneading continuous, with mechanical mixing or kneading devices with movable mixing or kneading devices rotary
- B29B7/46—Mixing; Kneading continuous, with mechanical mixing or kneading devices with movable mixing or kneading devices rotary with more than one shaft
- B29B7/48—Mixing; Kneading continuous, with mechanical mixing or kneading devices with movable mixing or kneading devices rotary with more than one shaft with intermeshing devices, e.g. screws
Description
本発明は、熱可塑性樹脂と、炭素繊維、ガラス繊維等の強化繊維とを混合・混練して繊維強化熱可塑性樹脂を得、これを押し出す押出機に関するものである。 The present invention relates to an extruder that mixes and kneads a thermoplastic resin and reinforcing fibers such as carbon fibers and glass fibers to obtain a fiber-reinforced thermoplastic resin and extrudes the fiber-reinforced thermoplastic resin.
炭素繊維、ガラス繊維等の強化繊維と熱可塑性樹脂とからなる繊維強化熱可塑性樹脂によって成形される成形品は強度が大きく、色々な分野に利用されている。押出機によって繊維強化熱可塑性樹脂を製造し、押し出すには、押出機において熱可塑性樹脂の材料である樹脂ペレットを供給する。樹脂ペレットは押出機のシリンダの中で溶融してスクリュによって前方に送られる。シリンダの所定の位置においてシリンダ内に強化繊維を供給する。強化繊維はいわゆるロービングとして提供されている。すなわち炭素繊維、ガラス繊維等の強化繊維は単繊維が数十〜数百本で集束されてストランドにされ、このようなストランドが数十本撚り合わされて粗糸状にされている。このようなロービングをそのままシリンダに供給する。あるいは所定長さに切断してシリンダに供給する。そうするとスクリュの回転によって溶融樹脂と強化繊維とが混練され、強化繊維がバラバラに分散すると共に適宜切断され、繊維強化熱可塑性樹脂が製造される。押出機の先端に設けられている所定のダイから押し出すと塊状中間成形物が得られる。これをプレス用金型に搬送して圧縮成形すると繊維強化熱可塑性樹脂からなる成形品が得られる。 Molded products made of fiber-reinforced thermoplastic resin composed of reinforcing fibers such as carbon fiber and glass fiber and thermoplastic resin have high strength and are used in various fields. In order to produce a fiber-reinforced thermoplastic resin by an extruder and extrude it, a resin pellet which is a material of the thermoplastic resin is supplied in the extruder. The resin pellets are melted in the cylinder of the extruder and sent forward by the screw. Reinforcing fibers are supplied into the cylinder at a predetermined position in the cylinder. Reinforcing fibers are provided as so-called rovings. That is, reinforcing fibers such as carbon fibers and glass fibers are made by bundling tens to hundreds of single fibers into strands, and dozens of such strands are twisted into a coarse thread. Such roving is supplied to the cylinder as it is. Alternatively, it is cut to a predetermined length and supplied to the cylinder. Then, the molten resin and the reinforcing fibers are kneaded by the rotation of the screw, and the reinforcing fibers are dispersed apart and appropriately cut to produce a fiber-reinforced thermoplastic resin. When extruded from a predetermined die provided at the tip of the extruder, a massive intermediate molded product is obtained. When this is conveyed to a press die and compression molded, a molded product made of a fiber-reinforced thermoplastic resin can be obtained.
特許文献1には、熱可塑性樹脂と強化繊維とから繊維強化熱可塑性樹脂を製造するとき、ロービングとして提供される強化繊維を開繊して供給する方法が記載されている。この文献によると「開繊」とは、強化繊維束を連続して幅広く薄い状態にする工程であり、具体的な開繊方法としては、強化繊維の束を丸棒でしごいたり、水流や高圧空気流をあてたり、超音波振動で加振してばらけさせたり、あるいは開繊ローラを備えた開繊装置によって実施するようにしている。つまり物理的な力を作用させてロービングの状態で互いに拘束されている強化繊維をばらけさせるようにしている。特許文献1に記載の方法では、このように強化繊維を開繊した後に、これを所定長さに切断して切断済み強化繊維とする。そして例えば射出成形機であれば加熱シリンダに切断済み強化繊維を供給すると、加熱シリンダ内で溶融樹脂と混練して繊維強化熱可塑性樹脂が得られる。開繊せずに強化繊維束の状態で加熱シリンダに投入する従来の方法では、樹脂との混練時に強化繊維に作用する外力が束の外側と内側とで不均一になって強化繊維が折れたり切断し易いが、特許文献1に記載の方法により開繊した強化繊維を供給して樹脂と混練するようにすると強化繊維に作用する外力が一様になるので切断され難くなる。これによって繊維長分布が均一な繊維強化熱可塑性樹脂が得られる。
特許文献1に記載されている方法は、ロービングとして提供されている強化繊維を開繊して樹脂に供給し混練するようになっているので、強化繊維が束になっている場合に比して樹脂との混練時に強化繊維に作用する外力は均一になる。従って外力の不均一によって切断される強化繊維の割合が少なくなるという優れた効果がある。しかしながら、樹脂と強化繊維の混練時に強化繊維が切断される原因は、繊維強化に作用する外力の不均一によるものだけでなく、他の原因によっても切断される。具体的には樹脂と強化繊維とを混練するとき生じるせん断力、引っ張り力によっても切断される。つまり特許文献1に記載の方法のように強化繊維を開繊して提供するだけでは十分に切断を防げない。ところで、強度が強く均一な成形品を得るために、繊維強化熱可塑性樹脂に対して要求される点がいくつかある。まず、強化繊維が樹脂中において十分に分散していることが要求される。十分に分散させるためには強いせん断力を伴う混練を実施すればいい。しかしながら強いせん断力を作用させると強化繊維が短く切断されてしまう。次に、強化繊維の繊維長についても適度な長さが要求される。繊維長は長ければいいとは限らず、強度が得られるだけの長さがあればよい。つまり、樹脂との混練時に強化繊維はある程度切断されてもよく、適切な繊維長の強化繊維が多ければよい。
The method described in
したがって本発明は、熱可塑性樹脂と、炭素繊維、ガラス繊維等の強化繊維とを混合・混練して繊維強化熱可塑性樹脂を得、これを押し出す押出機であって、繊維強化熱可塑性樹脂中において、適切な繊維長の強化繊維が十分な割合でかつ均一に分散させることができる押出機を提供することを目的としている。 Therefore, the present invention is an extruder that mixes and kneads a thermoplastic resin with reinforcing fibers such as carbon fibers and glass fibers to obtain a fiber-reinforced thermoplastic resin and extrudes the fiber-reinforced thermoplastic resin in the fiber-reinforced thermoplastic resin. It is an object of the present invention to provide an extruder capable of uniformly dispersing reinforcing fibers having an appropriate fiber length in a sufficient ratio.
本発明は、熱可塑性樹脂が供給されて溶融されると共に強化繊維が供給されて混練されて繊維強化熱可塑性樹脂となり、これが押し出される押出機を対象としている。押出機のシリンダには、熱可塑性樹脂が供給されるホッパと、強化繊維が供給される強化繊維投入口とを設ける。シリンダのボアとスクリュのフライトとのクリアランスは、強化繊維投入口近傍から下流側において、上流側に比して大きくなるように構成する。 The present invention is intended for an extruder in which a thermoplastic resin is supplied and melted, and at the same time, reinforcing fibers are supplied and kneaded to obtain a fiber-reinforced thermoplastic resin, which is extruded. The cylinder of the extruder is provided with a hopper to which the thermoplastic resin is supplied and a reinforcing fiber input port to which the reinforcing fibers are supplied. The clearance between the bore of the cylinder and the flight of the screw is configured to be larger from the vicinity of the reinforcing fiber inlet to the downstream side than the upstream side.
すなわち、請求項1に記載の発明は、シリンダと該シリンダ内で回転するスクリュとから構成され、前記シリンダに熱可塑性樹脂が供給されて溶融されると共に強化繊維が供給されて混練されて繊維強化熱可塑性樹脂となり、これが押し出される押出機であって、前記シリンダには、熱可塑性樹脂が供給されるホッパが設けられていると共に所定の位置に強化繊維が供給される強化繊維投入口が設けられ、前記シリンダのボアと前記スクリュのフライトとのクリアランスは、前記強化繊維投入口近傍から下流側において、上流側に比して大きくなっていることを特徴とする繊維強化熱可塑性樹脂の押出機として構成される。
請求項2に記載の発明は、大きさが同じ2個の円が一部だけ重なり合った断面形状を呈し、これによって上下の2箇所からそれぞれ内側に向かうバレルチップが形成されているボアを備えたシリンダと、前記ボアに回転可能に入れられている2本のスクリュとから構成され、前記シリンダに熱可塑性樹脂が供給されて溶融されて送られると共に強化繊維が供給されて混練されて繊維強化熱可塑性樹脂となり、これが押し出される二軸からなる押出機であって、前記シリンダには、熱可塑性樹脂が供給されるホッパが設けられている共に所定の位置に強化繊維が供給される強化繊維投入口が設けられ、前記ボアは、前記強化繊維投入口近傍から下流側において少なくとも上下の一方のバレルチップが切断された形状になっていることを特徴とする繊維強化熱可塑性樹脂の押出機。
請求項3に記載の発明は、請求項2に記載の押出機において、前記シリンダのボアと前記スクリュのフライトとのクリアランスは、前記強化繊維投入口近傍から下流側において、上流側に比して大きくなっていることを特徴とする繊維強化熱可塑性樹脂の押出機として構成される。
請求項4に記載の発明は、請求項1〜3のいずれかの項に記載の押出機において、前記シリンダの前記強化繊維投入口近傍は、樹脂の圧力が低下する飢餓区間になっていることを特徴とする繊維強化熱可塑性樹脂の押出機として構成される。
請求項5に記載の発明は、請求項1〜4のいずれかの項に記載の押出機において、前記押出機は切断手段を備え、前記強化繊維は該切断手段によって所定長さに切断して前記強化繊維投入口に供給されるようになっていることを特徴とする繊維強化熱可塑性樹脂の押出機として構成される。
That is, the invention according to
The invention according to
According to the third aspect of the present invention, in the extruder according to the second aspect, the clearance between the bore of the cylinder and the flight of the screw is larger from the vicinity of the reinforcing fiber inlet to the downstream side as compared with the upstream side. It is configured as a fiber reinforced thermoplastic resin extruder characterized by being large.
According to the invention of claim 4, in the extruder according to any one of
The invention according to claim 5 is the extruder according to any one of
以上のように、本発明によると、シリンダと該シリンダ内で回転するスクリュとから構成され、シリンダに熱可塑性樹脂が供給されて溶融されると共に強化繊維が供給されて混練されて繊維強化熱可塑性樹脂となり、これが押し出される押出機を対象としている。シリンダには、熱可塑性樹脂が供給されるホッパが設けられていると共に所定の位置に強化繊維が供給される強化繊維投入口が設けられている。本発明によると、シリンダのボアとスクリュのフライトとのクリアランスは、強化繊維投入口近傍から下流側において、上流側に比して大きくなっている。強化繊維が投入されて溶融樹脂と混練される下流側においてボアとスクリュのクリアランスが大きいので、強化繊維の切断をある程度抑制できる。従って、強化繊維の分散の度合いを大きくするために強いせん断力で繊維強化熱可塑性樹脂を混練しても切断される強化繊維は少なくて済む。つまり本発明によって、適切な繊維長の強化繊維が十分な割合でかつ均一に分散させることができることになる。他の発明によると、大きさが同じ2個の円が一部だけ重なり合った断面形状を呈し、これによって上下の2箇所からそれぞれ内側に向かうバレルチップが形成されているボアを備えたシリンダと、ボアに回転可能に入れられている2本のスクリュとから構成され、シリンダに熱可塑性樹脂が供給されて溶融されて送られると共に強化繊維が供給されて混練されて繊維強化熱可塑性樹脂となり、これが押し出される二軸からなる押出機を対象としている。シリンダには、熱可塑性樹脂が供給されるホッパが設けられている共に所定の位置に強化繊維が供給される強化繊維投入口が設けられ、ボアは、強化繊維投入口近傍から下流側において少なくとも上下の一方のバレルチップが切断された形状になっている。二軸のスクリュによって強化繊維と熱可塑性樹脂とが混練されるとき、バレルチップにおいて強化繊維が切断されやすい。この発明ではボアが少なくとも上下の一方のバレルチップが切断された形状になっているので強化繊維の切断を抑制する効果が得られる。他の発明によると、シリンダの強化繊維投入口近傍は、樹脂の圧力が低下する飢餓区間になっている。そうすると強化繊維を容易にシリンダ内に供給することができる。他の発明によると、押出機は切断手段を備え、前記強化繊維は該切断手段によって所定長さに切断して前記強化繊維投入口に供給されるようになっている。これによって強化繊維の繊維長は適切な範囲になることが保証される。
As described above, according to the present invention, the cylinder is composed of a cylinder and a screw rotating in the cylinder, and the thermoplastic resin is supplied to the cylinder to be melted, and the reinforcing fibers are supplied to be kneaded to be fiber-reinforced thermoplastic. It is intended for extruders that become resin and are extruded. The cylinder is provided with a hopper to which the thermoplastic resin is supplied, and is provided with a reinforcing fiber input port to which the reinforcing fibers are supplied at a predetermined position. According to the present invention, the clearance between the bore of the cylinder and the flight of the screw is larger from the vicinity of the reinforcing fiber inlet to the downstream side than on the upstream side. Since the clearance between the bore and the screw is large on the downstream side where the reinforcing fibers are charged and kneaded with the molten resin, cutting of the reinforcing fibers can be suppressed to some extent. Therefore, even if the fiber-reinforced thermoplastic resin is kneaded with a strong shearing force in order to increase the degree of dispersion of the reinforcing fibers, less reinforcing fibers can be cut. That is, according to the present invention, reinforcing fibers having an appropriate fiber length can be uniformly dispersed in a sufficient ratio. According to another invention, a cylinder having a bore in which two circles of the same size partially overlap each other and thereby form barrel tips inward from two upper and lower positions. It consists of two screws that are rotatably inserted in the bore. The thermoplastic resin is supplied to the cylinder, melted and sent, and the reinforcing fibers are supplied and kneaded to form a fiber-reinforced thermoplastic resin. It is intended for extruders consisting of two shafts to be extruded. The cylinder is provided with a hopper to which the thermoplastic resin is supplied, and a reinforcing fiber input port to which the reinforcing fiber is supplied at a predetermined position is provided, and the bore is at least up and down from the vicinity of the reinforcing fiber input port to the downstream side. One barrel tip has a cut shape. When the reinforcing fibers and the thermoplastic resin are kneaded by the biaxial screw, the reinforcing fibers are easily cut at the barrel tip. In the present invention, since the bore has a shape in which at least one of the upper and lower barrel tips is cut, the effect of suppressing the cutting of the reinforcing fibers can be obtained. According to another invention, the vicinity of the reinforcing fiber inlet of the cylinder is a starvation section where the pressure of the resin drops. Then, the reinforcing fibers can be easily supplied into the cylinder. According to another invention, the extruder is provided with cutting means, and the reinforcing fibers are cut to a predetermined length by the cutting means and supplied to the reinforcing fiber inlet. This ensures that the fiber length of the reinforcing fibers is in the proper range.
本発明の実施の形態について説明する。本実施の形態に係る成形装置1は、図1の(ア)に示されているように、熱可塑性樹脂を可塑化すると共に強化繊維を混練して繊維強化熱可塑性樹脂を得これを塊状成形物として押し出す本実施の形態に係る二軸押出機2と、この二軸押出機2に強化繊維を供給する強化繊維供給装置3と、塊状成形物を圧縮成形して成形品を得る成形用金型4と、この成形用金型4を型締めする型締装置5と、二軸押出機2から押し出された塊状成形物を成形用金型4に搬送するロボットアーム7とから構成されている。
Embodiments of the present invention will be described. As shown in FIG. 1A, the
本実施の形態に係る二軸押出機2も、従来の二軸押出機と同様に複数個のシリンダブロック9a、9b、…が連結されてなるシリンダ9と、このシリンダ9に入れられている2本のスクリュ11、11とから構成されている。シリンダ9の上流つまり後端部には熱可塑性樹脂が投入されるホッパ12が設けられ、シリンダ9の下流側には強化繊維が供給される強化繊維投入口14が設けられている。繊維強化熱可塑性樹脂を混練する従来の二軸押出機においてもシリンダの所定の位置に強化繊維投入口が設けられているが、本実施の形態に係る二軸押出機2においては強化繊維投入口14は、シリンダ9において可及的に先端に近い位置に設けられ、強化繊維が混練によって切断される区間を短くしている。シリンダ9の先端には所定のダイ15が設けられ、二軸押出機2によって繊維強化熱可塑性樹脂が押し出されるようになっている。なお図には示されていないがダイ15に関連して所定のカッターが設けられ、所定量だけ繊維強化熱可塑性樹脂が押し出されるとこれを切断して塊状中間成形物が得られるようになっている。シリンダ9の外周面には複数のヒータが設けられて、シリンダ9を加熱するようになっているが図1には示されていない。
The twin-
本実施の形態に係る二軸押出機2はスクリュ11、11が入れられているシリンダ9のボア17a、17bに特徴がある。強化繊維投入口14より上流側、つまり図1の(ア)において符号18で示されている区間においては、ボア17aは従来の二軸押出機のボアと同様の形状に形成されている。しかしながら強化繊維投入口14近傍から下流側、つまり符号19で示されている区間においては、ボア17bは従来の二軸押出機のボアと異なる形状に形成されている。まず符号18の区間において、ボア17aは、図1の(イ)に示されているように、水平に配置されている2個の同じ大きさの円が一部だけ重なり合った形状を呈している。これによってボア17aには、その上側と下側においてそれぞれ内側に向かう突起、つまりバレルチップ21、21が形成されている。このような形状のボア17aに2本のスクリュ11、11が入れられている。これに対して符号19の区間において、ボア17bは、図1の(ウ)に示されているように、上側のバレルチップ21が切り取られており、符号22で示されているように平面状になっている。また一部が重なり合う2個の円の直径は、図1の(イ)に示されているボア17aの2個の円よりも若干大きい。従ってボア17bとスクリュ11、11とのクリアランスは、符号23で示されているように、上流側に比して大きくなっている。
The twin-
本発明の実施の形態に係る二軸押出機2は、スクリュ11、11についても特徴がある。すなわち、スクリュ11、11は強化繊維投入口14の近傍において、他の区間に比して輸送力が大きくなるようにフライトが形成されている。これによって樹脂圧力が低下する飢餓区間25が形成される。輸送力を大きくするフライトの形状として、例えばフライト間の溝の深さを深くしてもよいし、フライト幅を狭くしてもよい。本実施の形態においてはフライトのピッチを他の部分に比して大きくして輸送力が大きくなるようにしている。なお本実施の形態においてスクリュ11、11は、飢餓区間においては二重フライトになっている。
The twin-
強化繊維供給装置3は、ロープ状の強化繊維束すなわちロービングがロール状に巻かれている強化繊維ロール27を備えている。図1には示されていないが、所定の引出し機構によって、この強化繊維ロール19からロービングが引き出されて強化繊維投入口14に供給されている。なお、本実施の形態においては強化繊維はロービングの状態で直接供給するようになっているが、予め所定の手段でロービングを広げてほぐし、つまり強化繊維を開繊して供給するようにしてもよい。さらには所定の長さに切断して供給してもよい。またサイドフィーダ等を設けて定量ずつ強化繊維を供給するようにしてもよい。
The reinforcing fiber supply device 3 includes a rope-shaped reinforcing fiber bundle, that is, a reinforcing
本実施の形態において成形用金型4は、圧縮成形により成形品を成形する金型からなる。この成形用金型4を型締めする型締装置5はトグル機構によって、あるいは型締シリンダによって型締めするようになっている。 In the present embodiment, the molding die 4 is composed of a die for molding a molded product by compression molding. The mold clamping device 5 for mold-clamping the molding die 4 is adapted to mold-clamp by a toggle mechanism or a mold-clamping cylinder.
本実施の形態に係る成形装置1によって、繊維強化熱可塑性樹脂を得、成形品を成形する成形方法を説明する。本発明の実施の形態に係る二軸押出機2において、スクリュ11、11を回転してホッパ12から熱可塑性樹脂のペレットを供給する。ペレットはシリンダ9において溶融して前方に送られる。具体的には図1の(ア)において符号18で示される区間、つまり溶融区間18で溶融する。溶融した樹脂の圧力は飢餓区間25において下がる。樹脂圧力が低下するので、強化繊維投入口14から強化繊維が容易に供給できる。符号19で示される区間つまり樹脂・強化繊維混練区間19において、溶融樹脂と強化繊維とが混練される。強化繊維は混練によるせん断力等によって切断されるが、この区間においてシリンダ9のボア17bとスクリュ11、11のクリアランスは大きく、バレルチップ21は下側だけしか設けられていないので、強化繊維が切断され過ぎて細かくなることはない。
A molding method for obtaining a fiber-reinforced thermoplastic resin and molding a molded product by the
図2によって、本実施の形態に係る二軸押出機2において強化繊維が切断されにくい理由を説明する。図2の(イ)には、2本のスクリュ11、11の周囲に巻かれた状態の比較的長い強化繊維29が例として示されている。このような強化繊維29はボア17bと接触していない。従ってボア17bとの関係によっては切断されない。つまり、樹脂・強化繊維混練区間19において強化繊維の切断はある程度抑制されることになる。比較として従来の二軸押出機において強化繊維が混練されている様子が図2の(ア)に示されている。シリンダ50には2個の円が一部重なったようなボア51が形成され、2本のスクリュ53、53が入れられている。ボア51とスクリュ53、53とのクリアランスは小さく、バレルチップ54、54が上下に形成されている。図には2本のスクリュ53、53の周囲に巻かれた状態の比較的長い強化繊維55が示されているが、強化繊維55はバレルチップ54、54の先端においてテンションがかかり、符号57、58で示される部分でボア51との間で摩擦が発生している。従ってこれらの部分において強化繊維55は切断される。本実施の形態に係る二軸押出機2は、これらの箇所における切断は発生しない。強化繊維は切断されてもそのほとんどは適度な繊維長になる。従って本実施の形態に係る二軸押出機2によって繊維強化熱可塑性樹脂を得ると、適度な長さの強化繊維が樹脂中に分散することになる。
The reason why the reinforcing fibers are difficult to be cut in the twin-
引き続き成形方法の説明をする。図1の(ア)に示されているように、ダイ15から所定量の繊維強化熱可塑性樹脂を押し出し、所定のカッターで切断する。そうすると塊状中間成形物が得られる。ロボットアーム7によって塊状中間成形物を把持し、型開きした成形用金型4のキャビティに搬入する。型締装置5を駆動して圧縮成形する。冷却固化を待って型開きすると、成形品が得られる。以下、同様に成形する。
The molding method will be described subsequently. As shown in FIG. 1A, a predetermined amount of fiber-reinforced thermoplastic resin is extruded from the
本実施の形態に係る二軸押出機2により繊維強化熱可塑性樹脂を得ると、樹脂中の強化繊維が短くなりすぎること無く、適度な長さになる。このことを確認するため、実験を行った。
実験方法:本発明の実施の形態に係る二軸押出機2を含む本実施の形態に係る成形装置1を使用して成形品Aを得た。ただし、熱可塑性樹脂としてナイロン6を、強化繊維として炭素繊維をそれぞれ採用し、強化繊維が樹脂に対して体積比で30%になるようにした。成形品Aは300mm×300mm×3mmの平板とした。一方、同様の材料を使用して、従来の二軸押出機を使用して繊維強化熱可塑性樹脂を得、これを押し出し、そして圧縮成形して、成形品Aと同様の形状の成形品Bを得た。つまり、図2の(ア)に示されているような二軸押出機により樹脂と強化繊維とを混練して繊維強化熱可塑性樹脂を得、成形品Bを得た。成形品A、Bのそれぞれを電気炉に入れて450℃で所定時間燃焼し、ナイロン6を蒸発させ、炭素繊維のみを残留させた。成形品Aに含まれていた炭素繊維の写真が図3に、成形品Bに含まれていた炭素繊維の写真が図4に、それぞれ示されている。成形品A、Bのそれぞれの炭素繊維から、0.2mm以上の長さの炭素繊維をピックアップし平均繊維長さを計算した。成形品Aの炭素繊維は平均繊維長が12mmであり、成形品Bの炭素繊維は平均繊維長が5mmであった。
考察:図3、4の写真によって、成形品Aに含まれる炭素繊維は成形品Bのそれに比して繊維長が長い炭素繊維が多いことが分かる。また炭素繊維の平均繊維長も成形品Aは成形品Bに比して2.4倍も長いことが分かった。本実施の形態に係る二軸押出機2により樹脂と強化繊維とを混練すると、強化繊維の切断をある程度抑制することができ、成形品の強度を高めるのに効果がある所定の繊維長の強化繊維が多くなることが確認できた。
When the fiber-reinforced thermoplastic resin is obtained by the twin-
Experimental method: A molded product A was obtained by using the
Discussion: From the photographs of FIGS. 3 and 4, it can be seen that the carbon fibers contained in the molded product A are mostly carbon fibers having a longer fiber length than that of the molded product B. It was also found that the average fiber length of the carbon fibers of the molded product A was 2.4 times longer than that of the molded product B. When the resin and the reinforcing fiber are kneaded by the twin-
本実施の形態に係る成形装置1は色々な変形が可能である。例えば二軸押出機2は、強化繊維投入口14の近傍から下流にかけて、ボア17bとスクリュ11、11のクリアランスが上流に比して大きくなっていると共に、強化繊維投入口14の近傍から下流にかけて、上下のバレルチップ21、21の少なくとも一方が取り除かれているように説明した。しかしながら、ボア17a、17bとスクリュ11、11のクリアランスは一定にしてもよい。つまり、強化繊維投入口14の近傍から下流にかけて、少なくとも上下のバレルチップ21、21の一方を取り除くだけで、ある程度強化繊維の切断を抑制できるからである。本実施の形態は他にも変形が可能であり、二軸押出機2は1本のスクリュからなる単軸の押出機に置き換えることができる。図5には本実施の他の実施の形態に係る押出機31の断面図が示されている。この押出機31にも強化繊維投入口が設けられており、強化繊維投入口より上流側の区間、つまり溶融区間においては、図5の(ア)に示されているように、シリンダ32のボア33とスクリュ34とのクリアランスは小さい。しかしながら、強化繊維投入口近傍から下流側の区間、つまり樹脂・強化繊維混練区間においては、図5の(イ)に示されているように、ボア33の径はわずかに大きくなっていてボア33とスクリュ34のクリアランスは大きくなっている。これによって樹脂と強化繊維とを混練するときに強化繊維が切断され過ぎないようになっている。なお、本実施の形態に係る二軸押出機2についても、他の実施の形態に係る押出機31についても、スクリュ11、34とボア17b、33のクリアランスを大きくするのに、ボア17b、33の径を大きくするように説明したが、スクリュ11、34の径を小さくするようにしてもクリアランスを大きくすることができる。強化繊維についても変形が可能である。例えばガラス繊維を採用することもできるし、セラミック繊維等を採用することもできる。
The
なお、本実施の形態においては、成形品は二軸押出機2から塊状中間成形物を押し出して、これを圧縮成形して成形するように説明しているが、型締めした成形用金型に射出する成形方法により成形してもよい。例えば、二軸押出機2または押出機31とプランジャ式射出装置とを組合わせ、所定の流路切換弁によって接続する。二軸押出機2または押出機31によって繊維強化熱可塑性樹脂を得、これを押し出してプランジャ式射出装置に計量する。成形用金型を型締めし、流路切換弁を切換えてプランジャ式射出装置から繊維強化熱可塑性樹脂を金型に射出する。冷却固化を待って型開きすると成形品が得られる。
In the present embodiment, it is described that the molded product is formed by extruding a massive intermediate molded product from the twin-
1 成形装置 2 二軸押出機
3 強化繊維供給装置 4 成形用金型
5 型締装置 7 ロボットアーム
9 シリンダ 11 スクリュ
12 ホッパ 14 強化繊維投入口
15 ダイ
17a、17b ボア
18 溶融区間 19 樹脂・強化繊維混練区間
21 バレルチップ 25 飢餓区間
27 強化繊維ロール 29 強化繊維
31 押出機 32 シリンダ
33 ボア 34 スクリュ
1
17a,
Claims (5)
前記シリンダには、熱可塑性樹脂が供給されるホッパが設けられていると共に所定の位置に強化繊維が供給される強化繊維投入口が設けられ、
前記シリンダのボアと前記スクリュのフライトとのクリアランスは、前記強化繊維投入口近傍から下流側において、上流側に比して大きくなっていることを特徴とする繊維強化熱可塑性樹脂の押出機。 It is composed of a cylinder and a screw that rotates in the cylinder. A thermoplastic resin is supplied to the cylinder and melted, and at the same time, reinforcing fibers are supplied and kneaded to form a fiber-reinforced thermoplastic resin, which is extruded. There,
The cylinder is provided with a hopper to which the thermoplastic resin is supplied, and is provided with a reinforcing fiber input port to which the reinforcing fibers are supplied at a predetermined position.
A fiber-reinforced thermoplastic resin extruder characterized in that the clearance between the bore of the cylinder and the flight of the screw is larger from the vicinity of the reinforcing fiber inlet to the downstream side than the upstream side.
前記シリンダには、熱可塑性樹脂が供給されるホッパが設けられている共に所定の位置に強化繊維が供給される強化繊維投入口が設けられ、
前記ボアは、前記強化繊維投入口近傍から下流側において少なくとも上下の一方のバレルチップが切断された形状になっていることを特徴とする繊維強化熱可塑性樹脂の押出機。 Two circles of the same size have a cross-sectional shape in which only a part of them overlap, which makes it possible to rotate the cylinder with a bore in which barrel tips are formed from the upper and lower two places toward the inside, and the bore. It is composed of two screws that are inserted, and a thermoplastic resin is supplied to the cylinder, melted and sent, and at the same time, reinforcing fibers are supplied and kneaded to form a fiber-reinforced thermoplastic resin, which is extruded. It is an extruder consisting of
The cylinder is provided with a hopper to which a thermoplastic resin is supplied, and is provided with a reinforcing fiber inlet for supplying reinforcing fibers at a predetermined position.
The bore is a fiber-reinforced thermoplastic resin extruder characterized in that at least one of the upper and lower barrel tips is cut from the vicinity of the reinforcing fiber inlet to the downstream side.
Priority Applications (6)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2017184641A JP6869622B2 (en) | 2017-09-26 | 2017-09-26 | Extruder for fiber reinforced thermoplastic resin |
EP18861517.3A EP3689570B1 (en) | 2017-09-26 | 2018-09-26 | Kneading method and apparatus for manufacturing a fiber-reinforced thermoplastic resin |
KR1020207008607A KR102323052B1 (en) | 2017-09-26 | 2018-09-26 | Fiber-reinforced thermoplastic resin kneading method, plasticizer and extruder |
US16/650,784 US20210197420A1 (en) | 2017-09-26 | 2018-09-26 | Kneading method for fiber-reinforced thermoplastic resin, plasticizing device, and extruding machine |
PCT/JP2018/035815 WO2019065786A1 (en) | 2017-09-26 | 2018-09-26 | Kneading method for fiber-reinforced thermoplastic resin, plasticizing device, and extruding machine |
CN201880062003.4A CN111132805B (en) | 2017-09-26 | 2018-09-26 | Method for kneading fiber-reinforced thermoplastic resin, plasticizing device, and extruder |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2017184641A JP6869622B2 (en) | 2017-09-26 | 2017-09-26 | Extruder for fiber reinforced thermoplastic resin |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2019059081A JP2019059081A (en) | 2019-04-18 |
JP6869622B2 true JP6869622B2 (en) | 2021-05-12 |
Family
ID=66176962
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2017184641A Active JP6869622B2 (en) | 2017-09-26 | 2017-09-26 | Extruder for fiber reinforced thermoplastic resin |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP6869622B2 (en) |
Families Citing this family (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN110900924A (en) * | 2019-11-19 | 2020-03-24 | 湖南工业大学 | Hot-press molding device and molding process for fiber-reinforced starch product |
Family Cites Families (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH10329190A (en) * | 1997-05-30 | 1998-12-15 | Sekisui Chem Co Ltd | Manufacture of fiber reinforced thermoplastic resin molded body |
JP3824402B2 (en) * | 1997-10-14 | 2006-09-20 | 岸本産業株式会社 | Method for producing glass fiber reinforced polypropylene molded body |
JP2003012945A (en) * | 2001-03-28 | 2003-01-15 | Ube Ind Ltd | Conductive resin composition and its manufacturing method |
JP2003236831A (en) * | 2002-02-18 | 2003-08-26 | Japan Steel Works Ltd:The | Twin-screw kneading extruder |
JP4968828B2 (en) * | 2006-11-29 | 2012-07-04 | 株式会社星プラスチツク | Screw for resin extruder, resin extruder, and pellet manufacturing method |
JP5771860B2 (en) * | 2011-09-27 | 2015-09-02 | 住友化学株式会社 | Method for producing resin composition |
JP6419681B2 (en) * | 2015-12-10 | 2018-11-07 | 株式会社栗本鐵工所 | Kneading method and kneading apparatus |
-
2017
- 2017-09-26 JP JP2017184641A patent/JP6869622B2/en active Active
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP2019059081A (en) | 2019-04-18 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
KR102298167B1 (en) | Fiber-reinforced molding compounds and methods of forming and using same | |
WO2014155409A1 (en) | Injection molding method and injection molding device | |
JPH06134837A (en) | Production of composite product | |
JP2012056173A (en) | Method for manufacturing fiber-reinforced resin material | |
JP6933951B2 (en) | Fiber reinforced thermoplastic resin kneading method and plasticizing equipment | |
KR102323052B1 (en) | Fiber-reinforced thermoplastic resin kneading method, plasticizer and extruder | |
JP6869622B2 (en) | Extruder for fiber reinforced thermoplastic resin | |
JP5932159B1 (en) | Injection molding method, screw of injection molding machine and injection molding machine | |
JP6855137B2 (en) | Molding method and molding equipment for fiber-reinforced thermoplastic resin molded products | |
JPH0976328A (en) | Method and apparatus for extrusion molding long fiber-reinforced thermoplastic resin | |
CN111093928B (en) | Method and apparatus for molding molded article containing fiber-reinforced thermoplastic resin | |
JP7125604B2 (en) | Reinforced resin molding manufacturing apparatus and manufacturing method | |
JP6522456B2 (en) | Method and apparatus for molding composite material molding | |
JP6442385B2 (en) | Kneading equipment | |
JPS62113515A (en) | Manufacturing device for pellet of composite material | |
JPH10329190A (en) | Manufacture of fiber reinforced thermoplastic resin molded body | |
JP5872663B1 (en) | INJECTION DEVICE, MOLDING DEVICE, AND MOLDED PRODUCT MANUFACTURING METHOD | |
JP2005144834A (en) | Method and apparatus for manufacturing fiber reinforced synthetic resin product and fiber reinforced synthetic resin particles |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20200305 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20210202 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20210224 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20210413 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20210413 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 6869622 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |